探讨风电场储能EMS系统的管理技术

0.引言

随着以新能源为主体的新型电力系统建设加速，储能在新型能源系统中的作用越来越重要，全球储能市场快速增长。建设储能型新能源电站首要任务是解决消纳问题，在发电侧通过提升调峰备用容量和电网友好性，促进电力系统对高比例新能源电量的消纳。2021年7月，中国发改委、能源局明确表示，到2025年，除抽水蓄能外的储能总装机规模达到3000万kW以上，对于场站的能量管理技术提出了更高的要求。

1.研究背景

储能系统的特点。随着风电、光伏等波动性可再生能源在电力系统中渗透率快速增加，加之今后风光要实现倍增、跨越式发展，风光消纳、电力系统运行和管理将面临愈加严峻的挑战，因而*须在电源侧、电网侧、用户侧通过合理配置调峰和储能设施等方式，持续提升电力系统灵活性，增加系统调节能力.

储能技术一般基于电化学储能形式为主，电化学储能系统是以电池为核心的综合能源控制系统。由电芯和能量管理系统（EMS）、电池管理系统（BMS）、储能变流器（PCS）等部分组成。PCS可以控制储能电池组的充电和放电过程，进行交直流的变换。BMS主要负责电池的监测、评估、保护及均衡等。

EMS是储能系统的大脑，主要实现储能系统（含储能变流器、电池管理系统）的数据采集、监控和能量的安全优化调度，以满足监控、能量调度、维护、产生报表等相关需求。

储能EMS技术路线

（1）单机储能EMS。单机储能以电化学储能为主，主要用于单机性能提升，单机运行品质改善等场景。

（2）集中储能EMS。风电场集中式储能针对不同储能系统的运行特征和功率特性，充分发挥机械储能的功率快速响应优势、电化学储能的高能量密度等优势；通过同步感知技术，打通中控室场级控制器至储能变流器直连通道，实现毫秒级高速通信；采用储能设备*效协同控制策略，实现多元储能系统的功率平滑稳定输出，满足电站对虚拟惯量、快速调频调压的快速响应能力，减少储能设备的疲劳程度，提高整套储能系统的并网友好性。

（3）风储一体化EMS。基于成熟可靠的风电场功率控制技术和平台，采用“风电+储能”能量一体化控制技术，实现风储平台对储能变流器的高速通信，实现风储电站的稳定可靠的虚拟惯量响应、一次调频、二次调频、削峰填谷、快速无功调压等功能，探索应用风储电站的虚拟同步机技术，主动支撑电力系统转动惯量，提高风储联合系统的经济性。

图1为储能EMS控制系统架构。

3储能EMS的功能设计

（1）有功功率调节。对储能设备多场景应用的算法进行深入开发，结合储能BMS系统的运行数据，对储能PCS的调节特性进行精细化分类，沿用风机EMS的“双PI+前馈+抗饱和积分”的控制策略，*大限度地发挥储能的优异性能和运行特性。同时，EMS根据储能所属区域不同时间尺度的上网电价完成充电放电工作，以经济*优为目标进行有功功率的控制。

（2）无功功率调节。自动接收调度主站系统下发的调节指令，在充分考虑各种约束条件后分析、计算出各储能PCS无功出力目标值，并将调控命令下发至储能系统。

（3）一次调频。开发“新能源+储能”频率快速响应控制程序，实现新能源场站同常规电源一样具备主动支撑电网的功能。

（4）虚拟惯量响应。依托电化学储能毫秒级快速释放、吸收有功功率的特性，以场站为单位为电网提供主动支撑，使新能源场站具备与传统同步发电机类似的转动惯量，从而增加电网的韧性，提升电力系统抗干扰能力。

（5）储能系统智慧运维。根据多元混合储能电站系统配置情况及生产管理系统、监控系统等系统的数据结构、数据类型、数据采集频率，通过数据采集、结构区分，编写数据标准化接入方案和数据存储方案，进行数据的二次加工，剔除坏数据，建立多元混合储能电站全景数据模型。*后在研究多类型信息互联技术的基础上，进行系统关键功能模块开发，集成所有模块形成多元混合储能电站智慧化运维平台，并部署于多元混合储能电站。同时开发与平台互联的移动端App，提供可视化图纸、维护视频，实现电子工单运维，提高检修效率。

4.Acrel-2000ES储能柜能量管理系统

4.1系统概述

安科瑞储能能量管理系统Acrel-2000ES，专门针对工商业储能柜、储能集装箱研发的一款储能EMS，具有完善的储能监控与管理功能,涵盖了储能系统设备(PCS、BMS、电表、消防、空调等)的详细信息,实现了数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表等功能。在*级应用上支持能量调度,具备计划曲线、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

4.2系统结构

Acrel-2000ES，可通过直采或者通过通讯管理或串口服务器将储能柜或者储能集装箱内部的设备接入系统。

4.3系统功能

4.3.1实时监测

系统人机界面友好，能够显示储能柜的运行状态，实时监测PCS、BMS以及环境参数信息，如电参量、温度、湿度等。实时显示有关故障、告警、收益等信息。

4.3.2设备监控

系统能够实时监测PCS、BMS、电表、空调、消防、除湿机等设备的运行状态及运行模式。

PCS监控：满足储能变流器的参数与限值设置；运行模式设置；实现储能变流器交直流侧电压、电流、功率及充放电量参数的采集与展示；实现PCS通讯状态、启停状态、开关状态、异常告警等状态监测。

BMS监控：满足电池管理系统的参数与限值设置；实现储能电池的电芯、电池簇的温度、电压、电流的监测；实现电池充放电状态、电压、电流及温度异常状态的告警。

空调监控：满足环境温度的监测，可根据设置的阈值进行空调温度的联动调节，并实时监测空调的运行状态及温湿度数据，以曲线形式进行展示。

UPS监控：满足UPS的运行状态及相关电参量监测。

4.3.3曲线报表

系统能够对PCS充放电功率曲线、SOC变换曲线、及电压、电流、温度等历史曲线的查询与展示。

4.3.4策略配置

满足储能系统设备参数的配置、电价参数与时段的设置、控制策略的选择。目前支持的控制策略包含计划曲线、削峰填谷、需量控制等。

4.3.5实时报警

储能能量管理系统具有实时告警功能，系统能够对储能充放电越限、温度越限、设备故障或通信故障等事件发出告警。

4.3.6事件查询统计

储能能量管理系统能够对遥信变位，温湿度、电压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

4.3.7遥控操作

可以通过每个设备下面的红色按钮对PCS、风机、除湿机、空调控制器、照明等设备进行相应的控制，但是当设备未通信上时，控制按钮会显示无效状态。

4.3.8用户权限管理

储能能量管理系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

5.相关平台部署硬件选型清单

设备	型号	图片	说明
储能能量管理系统	Acrel-2000ES		实现储能设备的数据采集与监控，统计分析、异常告警、优化控制、数据转发等；策略控制:计划曲线、需量控制、削峰填谷、备用电源等。
触摸屏电脑	PPX-133L		1)承接系统软件 2)可视化展示:显示系统运行信息
交流计量表计	DTSD1352		集成电力参量及电能计量及考核管理，提供各类电能数据统计。具有谐波与总谐波含量检测，带有开关量输入和开关量输出可实现“遥信”和“遥控”功能，并具备报警输出。带有RS485 通信接口，可选用MODBUS-RTU或 DL/T645协议。
直流计量表计	DJSF1352		表可测量直流系统中的电压、电流、功率以及正反向电能等;具有红外通讯接口和RS-485通讯接口，同时支持Modbus-RTU协议和DLT645协议;可带继电器报警输出和开关量输入功能。
温度在线监测装置	ARTM-8		适用于多路温度的测量和控制，支持测量8通道温度;每一通道温度测量对应2段报警，继电器输出可以任意设置报警方向及报警值。
通讯管理机	ANet-2E8S1		能够根据不同的采集规约进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据采集汇总；提供规约转换、透明转发、数据加密压缩、数据转换、边缘计算等多项功能；实时多任务并行处理数据采集和数据转发，可多链路上送平台据。
串口服务器	Aport		功能:转换“辅助系统”的状态数据，反馈到能量管理系统中。1)空调的开关，调温，及完*断电(二次开关实现)；2)上传配电柜各个空开信号；3)上传UPS内部电量信息等；4)接入电表、BSMU等设备
遥信模块	ARTU-KJ8		1)反馈各个设备状态，将相关数据到串口服务器；2)读消防1/0信号，并转发给到上层(关机、事件上报等)；3)采集水浸传感器信息，并转发给到上层(水浸信号事件上报)；4)读取门禁程传感器信息，并转发给到上层(门禁事件上报)。